８８装备技术Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 基于ＰＩ Ｄ的锅炉温度控制系统设计 胡晓晗任文斌赵嘉兴 （沈Ｆｍ￣．．Ｔ－－大学辽宁沈阳１１０１５９） 中图分类号：Ｋ９２８ 文献标识码：Ｂ 文章编号１ ００７—６３４４（２０１ ６）１ ０－００８８—０１ 摘要：为了解决锅炉温度过高或者过低造成的危害，本文设计了一款基于ＰＩＤ的锅炉温度控制系统。系统通过实时采集锅炉温 度信息，并结合Ｌａｂｖｉｅｗ所做的界面上加热阻丝的颜色变化来判断锅炉加热的快慢，再通过ＰＩＤ控制器调整锅炉温度变化快慢来控 制温度大小。通过实验．－ｊ－￣平稳的控制温度变化。 关键词：ＰＩＤ；Ｌａｂｖｉｅｗ；温度；控制 ‘ 在控制系统中，常需对调节器的输出实施限幅。在数字控制算法中，要对Ｕ ０引言 限幅，只需在程序内设置限幅值。当的绝对值大于时，便以限幅作为输出。位置 近年来，锅炉作为工业重要设备，在产品生产和人们生活中有着广泛的使用， 式和增量式两种算法完全等同，考虑限幅时两者略有差异。增量式ＰＩＤ调节器算 锅炉通过产生水蒸气为人们生产生活提供所需要的热能，除了热能之外，也可以 法只需考虑输出限幅，而位置式算法必须同时考虑积分限幅和输出限幅。 转变为其他的能量，比如机械能等。锅炉汽包是锅炉最重要的结构之一，锅炉汽 包燃烧系统是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要标准，温度过高，会使蒸汽带 ３软件系统 水过多，汽水分离差，使后续的过热器管壁结垢，传热效率下降，过热蒸汽温度 本系统主要是通过数据采集卡对锅炉温度数据来进行采集，利用Ｌａｂｖｉｅｗ软件 下降，严重时将引起蒸汽品质下降，影响生产和安全；温度过低又将破坏部分水 平台来对采集到的温度数据进行分析运算，之后通过ＰＩＤ控制器的设置对采集的 冷壁的水循环不能满足工艺要求，严重时会发生锅炉爆炸。尤其是大型锅炉，一 数据进行算法处理，使得当前的温度接近于设定温度值，进而达到温度控制的目 旦控制不当，容易使汽包满水或汽包内的水全部汽化，造成重大事故。因此，在 的 本系统的软件模块包括信号采集、处理分析、ＰＩＤ控制器设置、ＰＩＤ控制数据 锅炉运行中，保证温度在正常范围是非常重要的。在工程实际中，应用最为广泛 显示，系统的控制模块框图如下图２所示。各个模块之间的控制联系是通过Ｌａｂｖｉｅｗ 便是ＰＩＤ控制调节器，ＰＩＤ控制器从问世至今已有７Ｏ多年历史，它以结构简单、 对数据采集卡的控制完成的，在计算机和数据采集卡之间进行通信，交互数据， 稳定性好、调节方便而成为工业控制的主流技术之一。被控对象的结构和参数都 来完成对温度数据的采集，采集到的电压信号通过转换得到锅炉的实时温度。 不能完全掌握时，通过ＰＩＤ控制技术进行调节最为方便，所以本系统选择采用ＰＩＤ 控制技术来控制锅炉温度的变化。 １ ＰＩＤ控制器设计 本系统中ＰＩＤ控制器应当以锅炉温度的差值作为输入信号，输出信号将和蒸 汽前馈信号和水量反馈信号叠加作为副调节器的温度给定值。其ＰＩＤ调节的系统 框图如下图１所示。ＰＩＤ控制器包括三个校正环节：比例环节Ｐ、积分环节Ｉ、微 图２系统控制模块 分环节Ｄ。其作用分别是： 数据采集完成之后，需要对锅炉温度进行控制，防止过高或者过低。控制器 １．比例环节：成比例的反映控制系统的偏差信号ｅ（ｔ），偏差一旦产生，控制 采用上述的ＰＩＤ控制器，ＰＩＤ控制器的参数设置通过系统界面完成。软件系统界 器立即产生控制作用，以减少偏差。 面属常规操作界面，适合操作人员操作。首先操作Ｐ、Ｉ、Ｄ使其初始化，界面可 ２．积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。积分作用的强弱取决于 直接设定锅炉温度，再通过调节比例Ｐ、积分Ｉ、微分Ｄ来控制温度调节的快慢， 积分时间常数Ｔｉ，Ｔｉ越大，积分作用越弱，反之越强。 使得温度值能够快速的到达给定温度值并维持在给定温度附近。同时采集到的数 ３．微分坏节：反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并能在偏差信号变得太 据可以进行相应的存储和读取，便于日后需要查询和维护。查询之后可以通过报 大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减 表的方式进行打印，以便综合分析数据。 少调节时间。 ＰＩＤ算法的嵌入主要是通过Ｌａｂｖｉｅｗ软件中自带的公式节点控件，将设计好的 增量式ＰＩＤ算法装载进去，来控制温度变化的快慢 可以通过观察输入输出温度 的实时显示数据，再结合加热阻丝的颜色变化来观察锅炉温度升高或降低的快慢。 ４结束语 本系统是在Ｌａｂｖｉｅｗ操作环境下完成的，通过数据采集卡进行温度数据采集， 对软件系统进行在线调试。调试结果显示，系统能够正常运行，进行温度控制。 图１ ＰＩＤ调节的系统框图 上位机界面通过Ｌａｂｖｉｅｗ软件进行的设计，通过自身多带的公式节点控件添加ＰＩＤ ＰＩＤ控制器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器。当采样频率足够 运算公式，通过界面按钮改变系数大小，控制温度变化快慢；同时可参照电热丝 高时，可以按模拟系统的设计方法设计调节器，然后离散化，得到数字控制器的 颜色的变化，判断加热的大小及快慢，再通过加热功率来调节。系统画面清晰， 算法，这就是模拟调节器的数字化。 简单易操作，使得操作人员很容易便可掌握。适合在工业控制中使用。 输出函数和输入误差函数关系的时域表达式为 参考文献 （１） ［１降勇伟，张婧婧．基于ＬａｂＶＩＥＷ的ＰＩＤ锅炉温控补水系统的设计与实现Ⅱ】． 式中Ｋｐ为比例系数，ＫＩ为积分系数，Ｋｄ为微分系数。 现代计算机（专业版），２０１４，０３：６２—６５． 数字ＰＩＤ调节器有位嚣式和增量式两种算法，比例部分只与当前的偏差有关， ［２］廖阳明．基于ＬＡＢＶＩＥＷ的温室自动控制系统设计【Ｊ］ｌ大众科 技．２０１３．０５：１０—１２． 积分部分则是系统过去所有偏差的累积。微分则是系统过去所有偏差的微分，位 置式ＰＩＤ调节器的结构清晰，Ｐ和Ｉ两部分作用明显，参数调整简单明了。增量式 ［３］季统良．基于ＬＡＢＶＩＥＷ的锅炉自动控制系统设计与实现［Ｄ］．武汉理工大 算法只需要当前的和上一拍的偏差即可计算出输出值，增量式ＰＩＤ调节器算法： 学，２０１２． （２） ［４］李慧秀．基于ＬａｂＶＩＥＷ的锅炉水温控制系统的研究［Ｄ】．大连交通大学，２０１０． 作者简介：胡晓晗（１９９３．０７一）女，甘肃省武威市人，本科学历，专业：化学工程与工艺。 任文斌（１９９３．０８一）男，天津市人，本科学历，专业：化学工程与工艺。 赵嘉兴（１９９６．０１一）男，辽宁省锦州市人，本科学历，专业：机械设计制造及其自动化。
